Орбитальная гармония ограничивает позднее прибытие воды на планеты TRAPPIST-1

Иллюстрация, показывающая, как может выглядеть система TRAPPIST-1 с выгодной позиции вблизи планеты TRAPPIST-1f (справа). Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения – Калтех.

Семь планет размером с Землю вращаются вокруг звезды TRAPPIST-1 в почти идеальной гармонии, и американские и европейские исследователи использовали эту гармонию, чтобы определить, сколько физического насилия планеты могли выдержать в младенчестве.


“После скалистые планеты – сказал астрофизик Шон Реймонд из Университета Бордо во Франции, – сказал астрофизик Шон Реймонд. летучие элементы которые способствуют жизни “.

В исследовании, доступном сегодня в Интернете на Природа Астрономия, Раймонд и его коллеги из Университета Райса, финансируемого НАСА. УМНЫЕ планеты проект и семь других организаций использовали компьютерную модель фазы бомбардировки планетарного образования в TRAPPIST-1 изучить влияние планеты мог бы выстоять, не выбившись из гармонии.

Расшифровать историю столкновений планет с нашими Солнечная система и может показаться безнадежной задачей в системах, находящихся на расстоянии световых лет, сказал Раймонд.

«На Земле мы можем измерять определенные типы элементов и сравнивать их с метеоритами», – сказал Раймонд. «Это то, что мы делаем, чтобы попытаться выяснить, сколько материала ударилось в Землю после того, как она в основном сформировалась».

Но таких инструментов для изучения бомбардировок экзопланет не существует.

«Мы никогда не получим от них камня», – сказал он. «Мы никогда не увидим на них кратеров. Так что же мы можем сделать? Вот тут-то и вступает в силу особая орбитальная конфигурация TRAPPIST-1. Это своего рода рычаг, который мы можем потянуть, чтобы ограничить это».

TRAPPIST-1, находящийся на расстоянии около 40 световых лет от нас, намного меньше и холоднее нашего Солнца. Его планеты названы в алфавитном порядке от b до h в порядке их удаленности от звезды. Время, необходимое для завершения одного обращения вокруг звезды, что эквивалентно одному году на Земле, составляет 1,5 дня на планете b и 19 дней на планете h. Примечательно, что их орбитальные периоды образуют почти идеальные отношения, резонансное расположение напоминают гармоничные музыкальные ноты. Например, каждые восемь «лет» на планете b пять проходят на планете c, три на планете d, два на планете e и так далее.

«Мы не можем точно сказать, сколько вещества попало в любую из этих планет, но из-за этой особой резонансной конфигурации мы можем установить для нее верхний предел», – сказал Раймонд. «Мы можем сказать:« Ничего не могло быть больше, чем это ». И оказывается, что этот верхний предел на самом деле довольно мал.

«Мы выяснили, что после того, как эти планеты сформировались, они не подверглись бомбардировке более чем очень небольшим количеством материала», – сказал он. «Это круто. Это интересная информация, когда мы думаем о других аспектах планет в системе».

Планеты растут в протопланетных дисках из газа и пыли вокруг новообразованных звезд. Эти диски служат всего несколько миллионов лет, и Реймонд сказал, что предыдущие исследования показали, что резонансные цепочки планет, подобные TRAPPIST-1, образуются, когда молодые планеты мигрируют ближе к своей звезде, прежде чем диск исчезнет. Компьютерные модели показали, что диски могут приводить планеты в резонанс. Раймонд сказал, что считается, что резонансные цепи, подобные TRAPPIST-1, должны быть установлены до того, как их диски исчезнут.

В результате планеты TRAPPIST-1 сформировались быстро, примерно за одну десятую времени, которое потребовалось на формирование Земли, сказал соавтор исследования Райса Андре Изидоро, астрофизик и научный сотрудник CLEVER Planets.

CLEVER Planets, возглавляемая соавтором исследования Радждипом Дасгуптой, профессором науки о системах Земли Мориса Юинга в Райсе, изучает способы, которыми планеты могут приобретать необходимые элементы для поддержания жизни. В предыдущих исследованиях Дасгупта и его коллеги из CLEVER Planets показали значительную часть земных летучие элементы возникли в результате воздействия это сформировало Луну.

«Если планета формируется рано и слишком мала, как масса Луны или Марса, она не может образовывать много газа с диска», – сказал Дасгупта. «Такая планета также имеет гораздо меньше возможностей получить жизненно важные летучие элементы в результате поздних бомбардировок».

Изидоро сказал, что это было бы в случае с Землей, которая относительно поздно набрала большую часть своей массы, в том числе около 1% от ударов после столкновения, связанного с формированием Луны.

«Мы знаем, что Земля пережила по крайней мере одно гигантское столкновение после того, как газ (в протопланетном диске) исчез», – сказал он. “Это было событие формирования луны.

«Что касается системы TRAPPIST-1, у нас есть планеты с массой Земли, которые сформировались рано», – сказал он. “Таким образом, одно различие потенциалов по сравнению с образованием Земли состоит в том, что они с самого начала могли иметь некоторую водородную атмосферу и никогда не испытывали позднего гигантского столкновения. И это может во многом изменить эволюцию с точки зрения внутренней части Земли. планеты, газовыделения, неустойчивой потери и других вещей, которые имеют значение для обитаемости “.

Раймонд сказал, что исследование, проведенное на этой неделе, имеет значение не только для изучения других резонансных планетных систем, но и для гораздо более распространенных экзопланетных систем, которые, как считалось, возникли как резонансные системы.

«Суперземли и субнептуны очень распространены вокруг других звезд, и преобладающая идея состоит в том, что они мигрировали внутрь во время фазы газового диска, а затем, возможно, имели позднюю фазу столкновений», – сказал Раймонд. «Но на той ранней стадии, когда они мигрировали внутрь, мы думаем, что они в значительной степени – возможно повсеместно – имели фазу, когда они были резонансными цепными структурами, такими как TRAPPIST-1. Они просто не выжили. Позже они стали нестабильными. на.”

Изидоро сказал, что один из основных вкладов в исследование может появиться через годы, после того, как НАСА Космический телескоп Джеймса Уэбба, Европейская южная обсерватория Чрезвычайно большой телескоп и другие инструменты позволяют астрономам непосредственно наблюдать атмосферы экзопланет.

«Сегодня у нас есть некоторые ограничения на состав этих планет, например, сколько воды у них может быть», – сказал Изидоро о планетах, которые формируются в резонансной фазе миграции. «Но у нас очень большие планки ошибок».

В будущем наблюдения будут лучше ограничивать внутренний состав экзопланет, и знание истории поздних бомбардировок резонансных планет может быть чрезвычайно полезным.

«Например, если на одной из этих планет много воды, скажем, с массовой долей 20%, вода должна была быть включена в планеты рано, во время газовой фазы», ​​- сказал он. «Итак, вам нужно будет понять, какой процесс может принести эту воду на эту планету».

Дополнительные соавторы исследования: Эмелин Болмонт и Мартин Турбет из Женевского университета, Кэролайн Дорн из Цюрихского университета, Франк Селсис из Университета Бордо, Эрик Агол из Вашингтонского университета, Патрик Барт из Университета Сент-Эндрюс. , Людмила Кароне из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия, Майкл Гиллон из Льежского университета и Симон Гримм из Бернского университета.


Плоскостность орбит планетных систем


Больше информации:
Шон Рэймонд, Верхний предел поздней аккреции и доставки воды в экзопланетной системе TRAPPIST-1, Природа Астрономия (2021 г.). DOI: 10.1038 / s41550-021-01518-6. www.nature.com/articles/s41550-021-01518-6

Предоставлено
Университет Райса

Цитирование: Орбитальная гармония ограничивает позднее прибытие воды на планеты TRAPPIST-1 (2021 г., 25 ноября), полученное 25 ноября 2021 г. из https://phys.org/news/2021-11-orbital-harmony-limits-late-trappist-.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, воспроизведение какой-либо части без письменного разрешения запрещено. Контент предоставляется только в информационных целях.

See also  Геофизики нанесли на карту «водопровод» под Йеллоустоуном

Leave a comment

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.